膠芽腫における低酸素内糖代謝亢進メカニズムの検証

• Project/Area Number: 22K09225
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山口 秀 北海道大学, 医学研究院, 講師 (70399939)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平田 健司 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (30431365) ; 茂木 洋晃 北海道大学, 大学病院, 助教 (40748844)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: glioblastoma / hypoxia / 膠芽腫

Outline of Research at the Start

治療に難渋する膠芽腫において、その治療抵抗性の一つの要因として腫瘍組織内低酸素が挙げられる。我々は低酸素トレーサーであるFMISO PETと、糖代謝をみるFDG PETの二つの核種による膠芽腫の検証において、低酸素内糖代謝の亢進が予後不良因子であることを見出した。本研究では、この臨床的な結果を分子生物学的な観点から検証し、低酸素内糖代謝亢進が膠芽腫細胞活性化にどのように関与しているかについて、その鍵となる候補分子を同定することを主眼にして検証する。膠芽腫における治療抵抗性メカニズムの検証から、新たな治療標的の発見や治療戦略の構築が本研究の最終的な目標である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は膠芽腫における低酸素領域の糖代謝に関して、臨床情報として術前に得られたPETによる腫瘍における生体内の代謝情報と、その摘出された検体における低酸素・糖代謝関連分子の発現に関して、その相関性を調べることが目的である。本研究の元になっているのは、低酸素内糖代謝の亢進が予後不良因子であることを見出した報告である（Toyonaga T, Yamaguchi S, et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2017）。
研究初年度にあたる令和4年度は、症例ごとのPET情報の半定量的な解析、症例データベースの構築、摘出検体からの核酸の抽出、低酸素マーカーや糖代謝関連分子の遺伝子発現解析のpreliminary studyの実施、腫瘍ごとの遺伝子発現の解析を行った。Preliminary studyにて糖代謝関連分子としてGLUT1, GLUT3, G6PC1, G6PC2, G6PC3, HK1, HK2, VEGF、PCNA　などの遺伝子発現量を測定できるプラットホームを作成、対象となる33症例の腫瘍検体から抽出したmRNAを用いて、これらの遺伝子発現解析をおこない、分子Xを候補分子として同定した。この得られた遺伝子発現の結果をもとに、PET情報から得られた低酸素や糖代謝の半定量値との相関性に関して検証し、低酸素化における糖代謝亢進のメカニズムに関して鍵となる糖代謝関連分子の同定を行った。
さらに、候補分子Xの発現に関して、当院で治療された本研究対象以外の膠芽腫検体を用いて検証研究を行い、加えて公開されている膠芽腫の遺伝子発現のデータベース（TCGA）を利用し、候補分子の発現亢進と予後の関連性に関して検証した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請時に初年度に行う研究内容として報告した事項と、ほぼ合致した研究内容を行うことができている。候補分子の同定に至る過程は想定範囲で、その遺伝子発現亢進と予後の相関性に関して複数の異なる母集団を用いて検証することができたのは想定以上であった。一方で、候補分子のタンパク発現の検証に関しては、予備検証実験の進捗が芳しくなかったため、本研究に到達できていないため、想定よりも進捗が遅れていることになる。総じて、研究全体の進捗状況としては、想定通りと考えている。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度の研究の主軸は、候補分子の機能解析となる。初年度の研究進捗はおおむね計画通りであったが、タンパク発現に関しての検証が遅れているため、当面は候補分子のタンパク発現解析を中心に行う。現時点では、Western-blotting法を中心に進めているが、候補分子の細胞内発現部位の検証も重要となってくるため、蛍光免疫染色などを用いたBioimagingも視野に入れている。
機能解析に関しては、まずin vitroでの研究を遂行するべく、膠芽腫細胞株の培養を開始する。そのうえで、適切な低酸素負荷を細胞に与える研究環境を構築し、本実験へと進める。